Охлаждение и вентиляция ЦОД: требования и современные решения

Спроектировать современный центр обработки данных (ЦОД) – задача, требующая особого внимания и грамотного подхода. Важным фактором является обеспечение системами охлаждения и вентиляции, поскольку от правильной организации климат-контроля напрямую зависит безопасность и скорость работы серверов.

На ранних этапах ЦОД создавались без каких-либо стандартов, что привело к серьезным трудностям для системных администраторов. Однако за последние двадцать лет мировой опыт предоставил специалистам четкие направления для работы.

Существует два основных американских стандарта, которые регулируют требования к дата-центрам в части организации систем кондиционирования и вентиляции (включая фильтрацию) воздуха. Отечественные ГОСТы в этой области все еще находятся в процессе усовершенствования, поэтому российские специалисты используют вышеупомянутые американские стандарты.

Первым стандартом является TIA-942, который классифицирует дата-центры по степени надежности и предписывает правила проектирования. Вторым стандартом является TIA/EIA-569, который определяет процедуры укладки телекоммуникационных сетей и распространяет свое действие на стадию монтажа.

В дальнейшем мы будем рассматривать требования к дата-центрам в соответствии с этими стандартами.

Важность поддержания определенных параметров температуры, влажности и качества воздуха в серверных хорошо известна. Чтобы обеспечить нормальное функционирование активного оборудования, комплектация ЦОД должна включать систему климат-контроля. Эта система должна работать круглосуточно, в течение всего года. Если централизованная система микроклимата не может обеспечить непрерывную работу, серверному помещению потребуется автономная климатическая система.

Для обеспечения оптимального функционирования серверов необходимо поддерживать определенные параметры воздуха. В частности, температура в серверной комнате должна быть в пределах 20–25 °C. Одновременно, влажность должна быть в диапазоне 40–55%. Наконец, приток свежего воздуха должен быть обеспечен с помощью фильтрации класса EU4 и подогреваться в зимнее время.

Система кондиционирования серверных и дата-центров должна удовлетворять вышеперечисленным требованиям. Кроме того, фактическая холодильная мощность системы кондиционирования должна перекрывать суммарное тепловыделение от всего оборудования ЦОД. Система должна состоять как минимум из двух независимых кондиционеров, каждый из которых рассчитан на самостоятельное обеспечение заданного микроклимата в помещении.

Для охлаждения серверной комнаты часто используют фальшполы высотой не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Советуется использовать фальшпол высотой в 400 мм. В пространстве под фальшполом организуют каналы распределения холодного воздуха. Фальшпол состоит из прочных модулей (плиток), которые легко демонтируются и способны выдерживать точечную нагрузку до 455 кг. Конструкция фальшпола должна включать установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек. Наконец, общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные решения для создания ЦОД

Для того, чтобы удовлетворять требованиям, предъявляемым к системам кондиционирования и вентиляции в соответствии со стандартами TIA-942 и TIA/EIA-569, специалисты предложили ряд эффективных технологических решений. Ниже приведены наиболее значимые из них:

Кондиционирование помещений является одним из важных аспектов для обеспечения комфортного пребывания в помещении. На рынке существует множество прецизионных кондиционеров разных типов, включая сплит-системы, промышленные и полупромышленные кондиционеры. Оптимальным выбором для систем кондиционирования серверной комнаты является прецизионный тип, который может включать в себя несколько вариантов.

Первый вариант – это системы с непосредственным расширением, известные как DX-системы. Подобные системы хорошо подходят для организации кондиционирования ЦОД, если речь идет о небольших удельных тепловых нагрузках. Они основаны на использовании фреоновых прецизионных кондиционеров, которые работают за счет подачи во внутренний блок оборудования фреона, который расширяется и испаряется, отдают холод воздуху помещения. Преимуществами таких систем являются высокая надежность, долговечность и относительно невысокая стоимость. Однако DX-системы требуют значительных эксплуатационных затрат, а также серьезные требования к энергосистемам и помещению.

Второй вариант – это системы на холодоносителе, известные как CW-системы. Они подходят для средних и крупных ЦОД. Принцип действия состоит в охлаждении воздуха в теплообменнике кондиционера за счет циркуляции охлажденного в холодильных машинах-чиллерах холодоносителя. CW-системы отличаются более низкими эксплуатационными затратами и гибкостью, но требуют больших капитальных затрат, чем DX-системы.

Третий вариант – это системы на основе принципа полного свободного охлаждения, которые называют FFC-системами. В FFC-системах используется принцип теплообмена между наружным воздухом и воздухом, циркулирующим в ЦОД. В течение 95% времени в году эти системы не требуют участия компрессоров, что позволяет каждый кВт потребляемой электричества давать 7 кВт холода в среднем в течение года. Для сравнения, в DX-системах речь идет о 2 кВт холода на каждый кВт электроэнергии, а у CW-систем – не более 5 кВт. FFC-системы не требуют фальшполов, имеют низкие эксплуатационные и средние капитальные затраты, а также позволяют использовать высоконагруженные стойки до 50 кВт. Но недостатком является отсутствие широкого накопленного опыта внедрения подобных систем в России.

Четвертый вариант – это система естественного охлаждения с промежуточным теплоносителем, которая называется DFC-системой. Она сочетает компрессорное охлаждение с естественным конвекционным охлаждением. Переключение на оптимальный режим работы, соответствующий тепловой нагрузке и сезонным изменениям наружной температуры, происходит автоматически. Преимуществом системы является ее высокая эффективность, но она также является более сложным инженерным решением с немалой стоимостью.

Наконец, последний вариант – это системы охлаждения, интегрированные в стойку. Данный вариант подходит для снятия высоких тепловых нагрузок и позволяет использовать специализированные серверные шкафы с системами охлаждения, защитой электропитания, пожаротушения и мониторинга. В этом случае нет необходимости в фальшполах, а приборы охлаждения ближе к тепловой нагрузке. Недостатком такого оборудования является его высокая стоимость.

Статья о вентиляции

Если вы выбираете систему кондиционирования для вашего помещения, то следует уделить внимание выбору соответствующей системы вентиляции. В центрах обработки данных (ЦОД) чаще всего используется приточно-вытяжная вентиляция. Сегодня существует тенденция к снижению потребления электроэнергии в климатических системах, поэтому проектирование вентиляции должно осуществляться с учетом некоторых принципов, среди которых:

• Наличие устройств возврата и повторного использования тепловой энергии;
• Использование энергосберегающих элементов;
• Повышение расчетного срока эксплуатации оборудования.

Мировыми производителями подобного оборудования являются ведущие компании, среди которых GEA, AL-KO, Flaktwoods, Swegon.

Tier-сертификация Института Uptime Professional Services является одной из наиболее привлекательных опций для владельцев центров обработки данных (ЦОД), которые стремятся повысить надежность и привлекательность своих услуг. Сертификат Tier позволяет установить уровень надежности ЦОД по шкале от I до IV на основе анализа документации ЦОД и его рабочих процессов. Уровень IV считается наиболее высоким, а уровень I - наименьшим. Лучшим вариантом с точки зрения соотношения цены и качества является III уровень. Центрам обработки данных, имеющим сертификат Tier, удается привлечь больше потенциальных клиентов.

Однако, дополнительное оборудование для кондиционирования тоже существенно влияет на допустимое время простоя ЦОД. Нормальное значение времени простоя для уровня I составляет 28,8 часа, а для уровня IV - всего 0,4 часа.

В России, в рамках программы "Цифровая экономика", Министерство связи и массовых коммуникаций предлагает создать собственную систему сертификации ЦОД. В условиях стремительно развивающейся сферы бизнеса и повышающихся требований к надежности, растущий рынок коммерческих ЦОД нуждается в высококачественном климатическом оборудовании для обеспечения должного уровня обслуживания клиентов.

Фото: freepik.com